Processo de separação por membranas

Os processos de separação por membranas ou a separação por membranas são um grupo de métodos ou processos para a separação de elementos usando membranas artificiais.

Histórico 
Ao longo dos últimos 30 anos, as membranas começaram a ser utilizadas em vários processos industriais como agentes de separação de compostos. A sua aplicabilidade tem-se alargado com o tempo e actualmente os processos de separação por membranas são utilizados em áreas tão diversas como a separação de gases, a dessalinização da água ou a hemodiálise.

As tecnologias de separação por membranas beneficiaram o desenvolvimento de novos tipos de membranas mais selectivas e mais permeáveis e tornaram-se mais competitivas. Em muitas áreas de actividade, estas tecnologias têm custos de capital e de funcionamento inferiores aos dos processos de separação clássicos. 

Uma destas áreas é o tratamento de soluções aquosas em processos industriais. As soluções são concentradas  e purificadas por processos de separação por membranas como a ultrafiltração ou a osmose inversa.  Como exemplo, a ultrafiltração é mais competitiva na desidratação de produtos alimentares que o processo clássico de atomização. 

A osmose inversa e a ultrafiltração são processos implementados em células de separação com as mesmas características básicas. A célula de separação possui dois compartimentos: o lado do retido e o lado do permeado (Figura 1). Os compartimentos estão separados por uma membrana que retém parcialmente o soluto e é permeável ao solvente.

A célula tem uma corrente de entrada, a alimentação, e duas correntes de saída, o retido e o permeado. A alimentação é a corrente que entra do lado do retido, o retido é a parte da alimentação que não atravessa a membrana e o permeado é a parte da alimentação que atravessa a membrana. Como a membrana retém parte do soluto, a corrente de  retido é rica em soluto,  enquanto a de permeado é constituída por solvente puro ou quase puro. 

A força directriz que provoca o escoamento através da membrana é a  diferença de pressão efectiva entre o lado do retido e o lado do permeado. A pressão efectiva é a diferença entre a pressão hidrostática (P) e a pressão osmótica (), ou seja  , e a diferença de pressão efectiva é igual a  . 

A pressão osmótica de uma solução depende da concentração de soluto: é zero quando o solvente é puro e aumenta com o aumento da concentração de soluto. Para a mesma fração de soluto retida e para a mesma diferença de pressão hidrostática, a força motriz diminui com o aumento de concentração. Quando a retenção de soluto é total, a concentração e a pressão osmótica do permeado são nulas e   é igual à pressão  osmótica à superfície da membrana do lado do retido. 

Um processo de separação por membranas é eficiente se a velocidade de permeado e a selectividade da membrana forem elevadas. A velocidade de permeado é igual ao volume de líquido que atravessa a membrana por unidade de área e por unidade de tempo. Para uma solução aquosa de um único soluto, a selectividade da membrana é expressa pela retenção de soluto, R:

.

em que Cp é a concentração de soluto no seio do permeado e Cr é a concentração de soluto no retido. Estes dois parâmetros são afectados pelo fenómeno de polarização por concentração.

Alguns processos de Separação por Membranas 
 Ultrafiltração
 Osmose inversa
 Nanofiltração
 Microfiltração
 Diálise
 Electrodiálise
 Pervaporação
 Separação de gases por membranas
 Destilação por membranas

Ver também 
 Polarização por concentração

 
Físico-química